居住证（IC卡）项目系统方案
周学庆 应用工程经理
上海华虹集成电路有限责任公司
一、居住证（IC卡）项目背景
随着技术的进步，生产力的发展，城市化进程的加快，大量的农村剩余劳动力从土地中解放出来，纷纷进城务工、经商等，据专家估计，我国有近两亿农业剩余劳动力进入城市务工。目前我国还是实行户籍管理制度，这对于劳动力的转移，以及劳动力进入的城市管理带来一定的难度。在这种背景下，人口信息的动态掌握将关系到整个城市社会发展和稳定大局，人口管理是构建现代高效社会的基础，是实现整个社会平稳运行的基础，因此，各地暂住证制度已经实行了二十多年。
2010年5月27日国务院转发了国家发改委《关于2010年深化经济体制改革重点工作的意见》，这是 在国务院文件中提出在全国范围内实行居住证制度。该意见在“推进城乡改革”部分提到，深化户籍制度改革将加快落实放宽中小城市、小城镇特别是县城和中心镇落户条件的政策。进一步完善暂住人口登记制度，逐步在全国范围内实行居住证制度。
充分利用电子技术、计算机网络等技术，发行高安全性、高信息存储量的IC卡居住证，用先进科技手段管理外来流动人口，实现外来人口的信息共享，提高管理的科技含量和管理效率，同时增加附加服务功能，建设和谐现代社会，这已经成为各地政府和居住证管理部门的共识。
作为全国改革开发领头羊的广东省和上海市，已经率先迈出了 步，为全国树立了样版。
二、居住证（IC卡）项目系统建设布局
居住证（IC卡）系统承担全省的外来流动人口管理，系统点多、面广，根据各地不同业务需求，典型的解决方案可以按省厅制证、地./市局办证和数据采集、证卡查验使用等几个层次来布局建设（见图一）。
图一 居住证（IC卡）系统建设布局
各层次所承担的任务分别是：
省厅制证中心
1、全省居住证全省通用应用技术规范的制定；
2、居住证卡片采购或制作；
3、省居住证密钥系统维护、居住证的初始化（创建文件结构、导入密钥）；
4、居住证个人化PSAM卡（安全模块）的发行、管理；
市局办证中心
1、居住证地方应用技术规范的制定；
2、居住证地方应用密钥维护、居住证的个人化（导入持卡人信息，照片打印）；
3、指导数据采集点（分散办证点）的日常工作；
数据采集点（分散办证点）
1、持卡人数据的采集、比对、卡片发放；
2、完成分散办证的个人化（导入持卡人信息，照片打印）工作；
证卡查验、使用
1、根据居住证地方管理条例的规定，查验、使用居住证；
2、负责查验、使用设备（读写机具）的日常维护；
三、居住证（IC卡）项目系统的核心组成及安全性原则
居住证（IC卡）项目系统的核心组成是密钥管理系统和居住证（IC卡）卡片，直接关系到居住证（IC卡）项目系统的安全、稳定，个人数据采集、个人化证卡打印、查验/使用机具是系统的辅助部分。
3.1密钥管理系统
密钥管理系统主要的功能就是在保证密钥安全的基础上，实现密钥的生成、注入、备份、恢复、更新、导出、服务和销毁等功能。同时，密钥受到严格的权限控制，不同机构或人员对不同密钥的生成、更新、使用等操作拥有不同的权限。用户可根据实际使用的需要，根据系统安全性、复杂性、灵活性的要求不同，选择密钥管理系统不同的配置和不同的功能。图二所示为居住证（IC）密钥系统的典型组成。
图2 居住证（IC卡）密钥系统
3.1.1密钥系统的构成：
密钥系统包括：
1. 密钥生成
2. 密钥保存
3. 密钥发行
4. 密钥传输（密钥导入）
5. 密钥分散
6. 密钥使用
一个密钥系统的结构图如下图示：
图3 密钥系统结构
1）发行领导卡
整个系统的密钥产生是从领导卡开始的。 产生一系列随机数作为种子密钥，由分管领导各自选择一组，并存在领导卡中，领导卡中的种子密钥受PIN码保护。
2）发行业务主密钥
由业务部门多个负责人输入业务密钥分量，由加密机合成业务主密钥。
3）发行应用主密钥
用业务主密钥对操作代码进行分散，得到应用主密钥
应用主密钥的发行分为：发卡PSAM安全模块发行，用卡PSAM安全模块发行。
4）发行用户卡
采用发卡PSAM安全模块，用应用主密钥对用户卡的UID号以及其它 信息进行系列分散，得到该张用户卡的系列密钥，并将该密钥保存在用户卡中。
3.2 居住证（IC卡）卡片
人口信息的统计汇总直接关系国家和区域政治经济稳定，为国家机密，因此，建议高安全性的CPU卡芯片，同时，为了便利操作，以非接触产品为佳。
图4为典型的非接触CPU原理框图
图4 非接CPU卡原理框图
3.2.1 非接CPU卡主要技术指标（华虹SHC1108）
RF接口
l 符合ISO/IEC 14443 TYPEA的RF接口
l 载波频率13.56MHz±7kHz
l 通讯速率达424kbps
l 支持高安应用
工作场强
l CPU模式下1.0A/m~7.5A/m
处理器
l 采用Turbo8051内核
l 指令执行速度是标准MCS8051的4到6倍
存储器
l 256 字节内部SRAM
l 外部RAM：512 字节外部XRAM
l 8k 字节EEPROM
l EEPROM擦写次数大于100，000次
l EEPROM数据保持大于10年
高安加密算法协处理器
l 支持高安全性加密算法模块
随机数发生器 (RNG)
l 32位随机数发生器(符合FIPS140-2和NIST SP800-22)。
安全机制
l 非正常的工作温度和工作场强检测机制，安检超出复位系统。
数据加密
l EEPROM、ROM、IRAM和XRAM的数据均可以加密保护
定时器
l 2个16位可编程定时器/计数器
多组数据指针（DPTR）
l 具有8组数据指针可以灵活切换应用。
工作温度
l -25℃ to +70℃
存储温度
l -55℃ to +125℃
3.3 个人数据采集
个人数据采集可以布点于各街道、社区服务网点，用于采集申请办卡人的个人化信息，可以通过二代证读写器直接读取申请人基本信息，也可以采用人工录入的方式采集。
各数据采集点采集到的个人信息，统一汇总到各地/市局，进入外来流动人口管理数据库， 终统一汇总到省厅外来流动人员管理数据库。
3.4个人化证卡打印
个人化证卡打印可以在地/市局统一进行，也可以在各数据采集点分散完成，建议选购高速个人化证卡打印设备，同时安置非接触卡片读写头，在非接触读写头内放置省厅制证中心统一发行的个人化（发卡）PSAM卡，卡片的个人化数据写入过程必须经过PSAM卡认证，方可完成个人化证卡的打印工作。
3.5查验、使用机具
根据各省/市制定的外来人口管理条例，符合居住证使用条件的单位、企业法人以及人民警察有权查验持证人的基本信息，这些单位和个人可以依据当地的管理条例，向查验、使用机具的发行方申请获得机具，这些机具必须内置居住证用户卡PSAM（安全模块），居住证数据的读取必须经过用户卡PSAM卡（安全模块）认证。
3.6安全性原则
3.6.1 密钥系统的安全性
智能卡应用中，密钥的安全是系统安全的核心，因此密钥系统设计中必须采取以下安全性原则：
1）支持国密算法SM1，所有的密钥分散采用国密SM1算法；
广东省居住证项目是国内 家采用国密算法的密钥管理系统；
2）采用通过国密资质认证的密码机，有更高的安全性；
3）每张用户卡的密钥都应该不同；
3）生成密钥过程要在安全环境下操作；
4）尽量减少用户输入密钥的数目；
6）尽理减少重要的密钥管理卡的使用机会。
7）能防范典型的针对协议和软件层面的攻击；
8）软件设计，考虑如下的安全措施
u 防止通讯数据被HOOK
u 检查程序是否运行在被调试状态
u 检查系统是否安装了侵入式调试器
u 采用花指令防止静态分析
3.6.2 居住证（IC卡）的安全性
Mifare 被攻破后，国密办等国家各大部委发文明确，各单位按照“谁主管，谁负责，谁运营，谁负责”的原则，负责对涉及国家信息安全的信息系统采取自查自纠，开展信息安全评估，采取安全防范措施。
同时，也要求各地新建、在建项目，采用国产自主创新技术的国产芯片，自主加密算法。确保信息安全。
居住证项目涉及国家信息安全，必须遵循国家有关法律法规及及信息安全管理的要求，坚持“自主知识产权、自主加密算法、自主创新设计、自主本土制造、自主产业链配套”。
为了保证芯片的安全性，根据可能存在的威胁，芯片设计必须提供如下图所示的安全策略：
图5：安全策略示意图
具体的安全策略如下表所示：
攻击手段 | 芯片提供的安全策略 |
功耗分析类攻击 | SPA/ 抵抗 策略１：采用电流扰动器，电流扰动的频率和时钟频率相对应，频率越快随机数模块频率就越快，这样电流扰动频率也就越快。电流扰动器参数：范围0到0.5ｍＡ。（相当于随机负载） 策略２：随机调整指令时序，由硬件完成，不影响程序的状态，可以改变指令流的执行长度和外部功耗表现。 策略3：软件编程时序调整，编程时加入随机运算、随机负载，尤其是在作数据存储和处理。 时序攻击抵抗 策略1：随机调整指令时序，由硬件完成，不影响程序的状态，可以改变指令流的执行长度和外部功耗表现。 策略2：软件编程时序调整，编程时加入随机运算、随机负载，尤其是在作数据存储和处理。 |
物理攻击 | 物理侵入攻击抵抗 策略1：安全检测模块具有自检功能。 策略2：存储器端口信号隐蔽处理。 策略3：存储器数据总线加密处理。 物理侵入加旁路攻击抵抗 策略1：安全检测模块具有自检功能。 策略2：存储器端口信号隐蔽处理。 策略3：存储器数据总线加密处理。 解剖染色反相攻击抵抗 策略1：存储器端口信号隐蔽处理。 策略2：存储器数据总线加密处理。 策略3：使用FLASH作为数据存储器。 |
功能出错 | 工作环境检测 策略1：非正常工作电压检测。 策略2：非正常工作频率检测。 策略3：非正常工作温度检测。 内存管理单元 策略1：数据存储器具有权限管理机制。 关于安全模块互相分离 策略1：所有安全模块完全分离。 |
密钥生成类攻击 | 随机数发生器 策略1：具有物理真随机数发生器。 |
功能滥用类攻击 | 测试保护方法 策略1：测试PAD具有FUSE熔断功能。 策略2：测试模式具有软件FUSE功能。 策略3：测试模式下通过口令判断指令的执行权限。 策略4：产品出厂后，重新进入测试模式的条件是擦除用户数据存储器内容。 |
功能滥用之审计存储 | 策略1:在卡的生产各个阶段通过ATR标示区分。 |
3.6.3 其他设备的安全
所有与卡通讯的终端上装有PSAM卡
四、居住证（IC卡）项目的应用规划
居住证项目的应用规划需要根据各省、地市的实际，由省厅建立全省通用应用，各地市也可以在当地政府的领导下，规划地方应用，增加如小额支付等功能，在实现外来人口管理的同时，更好地提供附加服务功能。
4.1、CPU卡文件结构规划
非接CPU的COS符合PBOC 2.0 ED/EP规范文件结构
居住证卡可以按全省通用应用、地/市应用等规划，也可以考虑市场化运作的模式，增加小额支付功能。
4.3居住证全省通用应用
居住证的通用应用可以包含持卡人基本持卡信息、照片信息、指纹信息，同时也可以为计生、劳务等部门建立专门的应用空间。
4.4地方应用
可以给地/市预留应用文件，满足地方上的积分入户等服务功能。
4.5 小额支付PBOC 2.0 ED/EP应用
提供居住证的CPU卡符合PBOC2.0 ED/EP规范，可以为持卡人提供乘车、小额消费等功能。
五、居住证（IC卡）项目的组织实施
居住证项目的实施，是一项系统工程，建议各地政府高度重视，由公安归口负责，成立各应用单位参与的居住证推广组织机构，政府重视，各 发动，全力推进。
五、结束语
本文作者10多年来一直从事暂住证、居住证、社会保障卡、公共交通卡等等政府大型IC卡应用项目的应用规划、项目管理，积累了丰富的经验。总结了上海华虹在上海、广东省居住证项目中的成功经验，针对密钥系统建设、IC卡芯片选型等关键核心技术，提出了居住证项目的技术解决方案，希望能够给各地居住证项目的实施提供有益的帮助。
参考文献
1、支持SM1/SM7 应用的密钥管理系统技术总结 赫松龄，上海华虹集成电路有限责任公司
2、密钥管理系统的实现 赫松龄，上海华虹集成电路有限责任公司
3、广东省居住证技术解决方案建议 周学庆，，上海华虹集成电路有限责任公司
4、《SHC1108产品技术手册》 ，上海华虹集成电路有限责任公司
